JPH07183432A - Semiconductor package provided with heat sink - Google Patents

Semiconductor package provided with heat sink

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JPH07183432A
JPH07183432A JP5326675A JP32667593A JPH07183432A JP H07183432 A JPH07183432 A JP H07183432A JP 5326675 A JP5326675 A JP 5326675A JP 32667593 A JP32667593 A JP 32667593A JP H07183432 A JPH07183432 A JP H07183432A
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JP
Japan
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heat sink
chip
semiconductor package
air
fins
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Pending
Application number
JP5326675A
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Japanese (ja)
Inventor
Sakae Hojo
栄 北城
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH07183432A publication Critical patent/JPH07183432A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the cooling efficiency of a package at the time of air- cooling, by making the sizes of many plate fins arranged horizontally on the side surface of a strut be smaller in the lower part. CONSTITUTION:An aluminum heat sink 7 is bonded to the upper surface of a chip mounting board 2 by using heat sink fixing material. As to the heat sink 7, a strut is stood in the central part, and many plate type fins 7a are fixed horizontally to the periphery of the strut. The sizes of the plate fins 7a are smaller in the lower part. Hence, as to the air sent from a fan, the quantity of escaping air toward above the heat sink 7 is decreased, and on the contrary, the quantity of flowing air through the fin gaps of the heat sink 7 is increased. As the result, the practical air flow velocity in the fin gaps becomes large as compared with the conventional. heat sink 7 whose fin size is equal, so that the heat dissipation efficiency is increased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はICチップやLSIチッ
プなどのチップを搭載するヒートシンク付半導体パッケ
ージに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat sink-equipped semiconductor package for mounting chips such as IC chips and LSI chips.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の高度な半導体素子は、ゲート当り
のスピード、電力積が逐次減少していると共に、微細加
工技術の発達により、ゲート当りの占有面積も次第に減
少している。このため、半導体チップは高速化ならびに
高集積化される傾向にある。一方、この半導体チップを
保護し信頼性を向上させるパッケージも、半導体チップ
のボンディング技術の導入などにより高度な実装技術が
必要な領域へと発展してきている。これに伴い、近年の
コンピュータ装置などにおいては、装置の処理性能や信
頼性の向上などのためにLSI化された半導体素子や高
密度で且つ小型化されたLSIチップ搭載用の各種半導
体パッケージが次第に取り入れられるようになってき
た。
2. Description of the Related Art In recent advanced semiconductor devices, the speed and power product per gate are gradually decreasing, and the area occupied per gate is gradually decreasing due to the development of fine processing technology. Therefore, the semiconductor chips tend to be faster and more highly integrated. On the other hand, the package for protecting the semiconductor chip and improving the reliability has also been developed into an area in which a high level mounting technology is required by introducing a bonding technology for the semiconductor chip. Along with this, in recent computer devices and the like, semiconductor elements integrated into LSI and various semiconductor packages for mounting high-density and miniaturized LSI chips are gradually being used in order to improve processing performance and reliability of the device. It has come to be adopted.

【0003】ところで、このように素子の高集積化の度
合が大きくなると、半導体チップの消費電力も増大する
ことになる。そのため、消費電力の大きなLSIチップ
はプラスチックに比べ熱伝導率の大きいセラミックなど
のパッケージに搭載し、さらにボードのみによる放熱で
は当然LSIチップの冷却に対して限界がある。
By the way, as the degree of high integration of the device increases, the power consumption of the semiconductor chip also increases. Therefore, an LSI chip with high power consumption is mounted on a package such as ceramic, which has a higher thermal conductivity than plastic, and further, there is a limit to cooling the LSI chip only by heat dissipation by the board.

【0004】そこで、前述の高速でかつ高集積化された
LSIチップを搭載する従来の半導体パッケージにおい
ては、LSIチップからの放熱に対し冷却の観点から、
放熱効率の高いアルミニウムや銅の材料からなるヒート
シンクを、半導体パッケージの上面に、熱伝導性の優れ
た半田や接着剤により一体的に固着させ放熱させるよう
にしている。
Therefore, in the conventional semiconductor package mounting the above-mentioned high-speed and highly integrated LSI chip, from the viewpoint of cooling against heat radiation from the LSI chip,
A heat sink made of a material having high heat dissipation efficiency such as aluminum or copper is integrally fixed to the upper surface of the semiconductor package with solder or an adhesive having excellent thermal conductivity so as to radiate heat.

【0005】図3は従来のヒートシンク付半導体パッケ
ージの一例の斜視図である。図において、1はケース、
5はピン、7はヒートシンクである。
FIG. 3 is a perspective view of an example of a conventional semiconductor package with a heat sink. In the figure, 1 is a case,
Reference numeral 5 is a pin, and 7 is a heat sink.

【0006】図4は従来のヒートシンク付半導体パッケ
ージの一例の断面図である。図において、1はケース
で、その上には熱伝導性の良い材料でチップ搭載板2が
接着されている。さらに、チップ搭載板2の下面にはチ
ップ固着剤を用いてチップ3が搭載されている。チップ
3は、ケース1上の配線と、配線部材4によって結線さ
れている。ケース1の下側には複数個のピン5が付けら
れている。ケース1の下面にはチップ3を覆うようにキ
ャップ6が接着されており、中の気密を保っている。チ
ップ搭載板2の上面には、ヒートシンク7がヒートシン
ク固着剤によって接着されている。ヒートシンク7は、
中央に垂直に支柱が立っており、その周辺にプレート型
のフィンが水平に多数並んだ構造をとる。現在、このよ
うな構造のヒートシンク付半導体パッケージが製作され
ており、自然空冷または装置内部に取り付けられた空冷
ファンにより冷却される。
FIG. 4 is a sectional view of an example of a conventional semiconductor package with a heat sink. In the figure, reference numeral 1 denotes a case, on which a chip mounting plate 2 is adhered with a material having good thermal conductivity. Further, the chip 3 is mounted on the lower surface of the chip mounting plate 2 using a chip fixing agent. The chip 3 is connected to the wiring on the case 1 and the wiring member 4. A plurality of pins 5 are attached to the lower side of the case 1. A cap 6 is adhered to the lower surface of the case 1 so as to cover the chip 3 and keeps the inside airtight. A heat sink 7 is bonded to the upper surface of the chip mounting plate 2 with a heat sink adhesive. The heat sink 7 is
A pillar stands vertically in the center, and a large number of plate-shaped fins are arranged horizontally around the pillar. Currently, a semiconductor package with a heat sink having such a structure is manufactured, and it is cooled by natural air cooling or an air cooling fan mounted inside the apparatus.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造のヒートシンク付半導体パッケージでは、ヒ
ートシンクの放熱効率があまりよくなく、十分な冷却効
果が得られないという欠点を有していた。これにより、
チップそのものの温度上昇によりデバイスの動作速度が
低下するなどの問題が生ずる。
However, the semiconductor package with a heat sink having the above-mentioned structure has a drawback that the heat dissipation efficiency of the heat sink is not so good and a sufficient cooling effect cannot be obtained. This allows
There is a problem that the operating speed of the device decreases due to the temperature rise of the chip itself.

【0008】本発明の目的は、発熱量の大きな高集積化
LSIチップを搭載しても放熱効果が十分であるような
信頼性の高いヒートシンク付半導体パッケージを提供す
ることにある。
It is an object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor package with a heat sink which has a sufficient heat dissipation effect even if a highly integrated LSI chip which generates a large amount of heat is mounted.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のヒートシンク付
半導体パッケージにおいては、ケースと、ヒートシンク
とを有するヒートシンク付半導体パッケージであって、
ケースは、チップを収納するものであり、チップ収納空
間となる穴は、チップ搭載板とキャップとで施蓋され、
チップは、チップ搭載板の下面またはケースの上面に接
着固定されたものであり、ヒートシンクはチップ搭載板
上に固定されたものであり、ヒートシンクは中央に垂直
に立っている支柱とその側面に並べられて水平状態にな
っている多数のフィンからなり、フィンの大きさは下方
に行くに従って小さくなっている構造を特徴とする。
A semiconductor package with a heat sink according to the present invention is a semiconductor package with a heat sink, which has a case and a heat sink.
The case is for accommodating chips, and the hole serving as a chip storage space is covered with a chip mounting plate and a cap,
The chip is adhesively fixed to the lower surface of the chip mounting plate or the upper surface of the case, the heat sink is fixed to the chip mounting plate, and the heat sink is aligned with the pillar vertically standing in the center and its side surface. It is characterized by a structure in which a large number of fins are arranged in a horizontal state, and the size of the fins becomes smaller as it goes downward.

【0010】[0010]

【作用】超LSIのように素子の高集積化の度合が大き
くなると、半導体チップの消費電力が増大し、そのた
め、消費電力の大きなLSIチップはLSIチップから
の放熱に対する冷却の観点から、放熱効率の高いアルミ
ニウムや銅の材料からなるヒートシンクを、LSIチッ
プの固着面と対向する反対側の表面に、熱伝導性の優れ
た半田や接着剤により一体的に固着させ放熱させるよう
にしている。ヒートシンクの形状は様々であり、プレー
トフィン型、フィン水平型、ピンフィン型などのものが
用いられる。
When the degree of high integration of elements, such as VLSI, increases, the power consumption of the semiconductor chip increases. Therefore, the LSI chip with high power consumption can reduce heat dissipation efficiency from the viewpoint of cooling against heat dissipation from the LSI chip. A heat sink made of a highly expensive aluminum or copper material is integrally fixed to the surface opposite to the fixing surface of the LSI chip by a solder or an adhesive having excellent thermal conductivity to radiate heat. There are various shapes of the heat sink, and plate fin type, fin horizontal type, pin fin type and the like are used.

【0011】本発明のヒートシンク付半導体パッケージ
では、ヒートシンクの構造が中央に支柱が立っており、
その側面にプレート状のフィンが水平に多数並んでお
り、フィンの大きさは下方に行くに従って小さくなって
いる構造をとる。従って、ファンから送られてきた空気
は、ヒートシンクの上方に逃げてしまう量が減り、逆に
ヒートシンクのフィン隙間を通過する空気量は増加す
る。このため、フィン隙間での実質的な空気流速は従来
のフィンの大きさがすべて等しいヒートシンクに比べて
大きくなり、そのため放熱効率は大きくなる。
In the semiconductor package with a heat sink according to the present invention, the structure of the heat sink has a pillar standing in the center,
A large number of plate-shaped fins are horizontally arranged on the side surface, and the size of the fins becomes smaller toward the bottom. Therefore, the amount of air sent from the fan escapes above the heat sink, and the amount of air passing through the fin gap of the heat sink increases. Therefore, the substantial air flow velocity in the fin gap becomes larger than that of the conventional heat sink in which all the fins have the same size, and therefore the heat radiation efficiency becomes large.

【0012】[0012]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明のヒートシンク付半導体パ
ッケージの一例を示す斜視図である。図において、1は
ケース、5はピン、7はヒートシンクを示したものであ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a semiconductor package with a heat sink of the present invention. In the figure, 1 is a case, 5 is a pin, and 7 is a heat sink.

【0014】図2は本発明のヒートシンク付半導体パッ
ケージの一例の断面図である。図において、1は平板状
で中央に穴が空いているアルミナのケースで、その上に
は、ケース1の中央の穴にフィットするチップ搭載板2
が接着されている。更に、その下にはチップ固着剤を用
いてチップ3が搭載されている。5は前記チップ3をボ
ードに接続するための複数個のピンで、このピン5は前
記ケース1の下面周縁部に立設されている。ケース1の
中央の穴の周辺部にはピン5とチップ3とを接続する接
続パッドが設けられており、この接続パッドと前記ピン
5とはケース1の表面あるいは内層を通じて電気的に接
続されている。チップ3の端子部はワイヤなどの配線部
材4で、ピン5に接続された接続パッドに接続されてい
る。ケース1の下面は、チップ3を覆うように低融点ガ
ラス等の接着剤によりキャップ6が接着されており、中
の気密を保っている。チップ搭載板2の上面には、アル
ミニウムのヒートシンク7がヒートシンク固着剤によっ
て接着されている。ヒートシンク7は、中央に支柱が立
っており、その周辺にはプレート状のフィン7aが水平
に多数取り付けられている構造をしている。
FIG. 2 is a sectional view of an example of a semiconductor package with a heat sink according to the present invention. In the figure, 1 is an alumina case having a flat plate shape and a hole in the center, and a chip mounting plate 2 fitted on the center hole of the case 1
Are glued together. Further, a chip 3 is mounted below the chip 3 by using a chip fixing agent. Reference numeral 5 denotes a plurality of pins for connecting the chip 3 to a board. The pins 5 are provided upright on the peripheral portion of the lower surface of the case 1. A connection pad for connecting the pin 5 and the chip 3 is provided around the central hole of the case 1, and the connection pad and the pin 5 are electrically connected to each other through the surface or the inner layer of the case 1. There is. The terminal portion of the chip 3 is connected to the connection pad connected to the pin 5 by the wiring member 4 such as a wire. A cap 6 is adhered to the lower surface of the case 1 by an adhesive agent such as low melting point glass so as to cover the chip 3, and the inside is kept airtight. An aluminum heat sink 7 is bonded to the upper surface of the chip mounting plate 2 with a heat sink adhesive. The heatsink 7 has a pillar standing in the center, and a large number of plate-shaped fins 7a are horizontally mounted around the pillar.

【0015】本発明による、プレートフィンの寸法が下
方に行くに従って小さくなるような構造のヒートシンク
を搭載したパッケージと、従来の、プレートフィンの寸
法がすべて等しい構造のヒートシンクを搭載したパッケ
ージの熱抵抗を実験で比較した。本発明のパッケージで
は、外部ファンによる強制空冷の空気の流速が1m/s
のとき熱抵抗は2. 0℃/Wであった。これに対して従
来のパッケージでは、外部ファンによる空気流速が1m
/sのとき熱抵抗は2. 8℃/Wであった。以上より、
プレートフィンの寸法がすべて等しい構造のヒートシン
クを搭載したパッケージよりも、プレートフィンの寸法
が下方に行くに従って小さい構造のヒートシンクを搭載
したパッケージの方が熱抵抗が小さくなることがわかっ
た。
According to the present invention, the thermal resistance of a package having a heat sink whose structure is such that the plate fins become smaller as it goes down and a conventional package having a heat sink having a structure in which the plate fins have the same size are mounted. Compared in the experiment. In the package of the present invention, the flow velocity of the air forcedly cooled by the external fan is 1 m / s.
At that time, the thermal resistance was 2.0 ° C./W. On the other hand, in the conventional package, the air velocity by the external fan is 1m.
/ S, the thermal resistance was 2.8 ° C / W. From the above,
It was found that the package with the heat sink having a structure in which the plate fins have a smaller size has lower thermal resistance than the package with a heat sink having a structure in which all the plate fins have the same size.

【0016】なお、上記実施例においては、ヒートシン
ク材料としてはアルミニウムの場合の例を説明してきた
が、これに限らず熱伝導率の良い材料ならば本発明の効
果を十分に満足できることは明らかである。
In the above embodiment, the example of aluminum was used as the heat sink material, but it is not limited to this, and it is clear that the effect of the present invention can be sufficiently satisfied if the material has good thermal conductivity. is there.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通電した時の発熱によるチップ及びセラミックパッケー
ジの温度上昇を抑えることが可能となるため、高速動作
で高信頼性の半導体パッケージを提供することが可能と
いう効果が得られる。
As described above, according to the present invention,
Since it is possible to suppress the temperature rise of the chip and the ceramic package due to heat generation when energized, it is possible to provide a high-speed operation and highly reliable semiconductor package.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すヒートシンク付半導体
パッケージの斜視図。
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor package with a heat sink showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を示すヒートシンク付半導体
パッケージの断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor package with a heat sink showing an embodiment of the present invention.

【図3】従来のヒートシンク付半導体パッケージの一例
の斜視図。
FIG. 3 is a perspective view of an example of a conventional semiconductor package with a heat sink.

【図4】従来のヒートシンク付半導体パッケージの一例
の断面図。
FIG. 4 is a sectional view of an example of a conventional semiconductor package with a heat sink.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケース 2 チップ搭載板 3 チップ 4 配線部材 5 ピン 6 キャップ 7 ヒートシンク 7a フィン 1 case 2 chip mounting plate 3 chip 4 wiring member 5 pin 6 cap 7 heat sink 7a fin

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ケースとヒートシンクとを有するヒートシ
ンク付半導体パッケージであって、チップを収納するケ
ースと、前記ケースとともに前記チップを収納する空間
を形成するチップ搭載板及びキャップと、前記チップ搭
載板の中央の垂直の支柱の回りに下方に行くに従ってフ
ィンの大きさが小さくなってゆく複数のフィンを有する
ヒートシンクを備えたことを特徴とするヒートシンク付
半導体パッケージ。
1. A semiconductor package with a heat sink having a case and a heat sink, a case for housing a chip, a chip mounting plate and a cap forming a space for housing the chip together with the case, and the chip mounting plate. A semiconductor package with a heat sink, comprising a heat sink having a plurality of fins, the size of the fins becoming smaller as going downward around a vertical column at the center.
JP5326675A 1993-12-24 1993-12-24 Semiconductor package provided with heat sink Pending JPH07183432A (en)

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19961119